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KR102137857B1 - 로봇 청소 장치 및 랜드마크 인식 방법 - Google Patents

로봇 청소 장치 및 랜드마크 인식 방법 Download PDF

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KR102137857B1
KR102137857B1 KR1020167015470A KR20167015470A KR102137857B1 KR 102137857 B1 KR102137857 B1 KR 102137857B1 KR 1020167015470 A KR1020167015470 A KR 1020167015470A KR 20167015470 A KR20167015470 A KR 20167015470A KR 102137857 B1 KR102137857 B1 KR 102137857B1
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KR
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robot
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KR1020167015470A
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매그너스 린드
앤더스 헤거마르크
피터 포스베르크
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에이비 엘렉트로룩스
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Abstract

로봇 청소 장치는, 본체(4), 관심 표면(26, 26')에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키도록 이루어진 추진 시스템(8, 8'), 장애물을 탐지하도록 이루어진 장애물 탐지 장치를 포함한다. 로봇 청소 장치는 또한, 장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 탐지된 장애물에 관련하여 로봇 청소 장치를 위치시키고, 또한 추진 시스템(8, 8')을 제어하여 관심 표면(26, 26')에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키도록 이루어진 처리 유닛(20)을 포함하며, 처리 유닛(20)은, 장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 랜드마크 및 그 위치를 확인하고, 랜드마크로부터 적어도 하나의 특성을 유도하여 생성된 랜드마크 표식을 만들고 저장하도록 이루어진다. 처리 유닛(20)은 또한 생성된 랜드마크 표식을 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교하여, 생성된 랜드마크 표식이 미리 결정된 랜드마크 표식 중 하나와 일치하는지 여부(30)를 판단하도록 이루어지며, 처리 유닛(20)은 또한, 이러한 판단에 기초하여 로봇 청소 장치를 작동시키도록 이루어진다.

Description

로봇 청소 장치 및 랜드마크 인식 방법{ROBOTIC CLEANING DEVICE AND METHOD FOR LANDMARK RECOGNITION}
본 발명은, 랜드마크 및 그 특성을 인식 및 획득함으로써 청소 표면 내에서 주행하도록 이루어진 로봇 진공 청소기 및 랜드마크 인식 방법에 관한 것이다.
로봇 진공 청소기가 당 분야에 알려져 있다. 일반적으로 로봇 진공 청소기에는 청소 표면에 걸쳐 청소기를 이동시키기 위한 모터 형태의 구동 장치가 구비된다. 로봇 진공 청소기에는 또한, 이러한 로봇 진공 청소기가 예컨대 방 형태의 공간을 자유롭게 돌아다니며 청소할 수 있도록 자율적 거동을 야기하기 위한 주행(navigation) 수단 및 마이크로프로세서(들) 형태의 지능이 구비된다.
많은 기술 분야에서, 장애물과 충돌하지 않고 공간을 자유롭게 돌아다닐 수 있도록 자율적 거동을 하는 로봇을 사용하는 것이 바람직하다.
일례로, 테이블이나 의자와 같은 가구 및 벽이나 계단과 같은 다른 장애물이 위치한 방에서의 거의 자율적인 진공 청소 능력을 가진 로봇 진공 청소기가 당 분야에 존재한다. 일반적으로, 이들 로봇 진공 청소기는 예컨대 초음파나 광파 또는 레이저 빔을 이용하여 방에서 주행한다. 또한, 로봇 진공 청소기에는, 일반적으로 정확한 수행을 위해, 예컨대 계단 센서, 벽-추적 센서 및 다양한 트랜스폰더와 같은 추가 센서가 보완되어야 한다. 이러한 센서는 가격이 비싸고 로봇의 신뢰도에 영향을 끼친다.
많은 종래의 로봇 진공 청소기에서 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)이라는 기술을 이용한다. SLAM은 맵을 이용하여 잘 모르는 환경에서 로봇의 위치를 추정하면서 동시에 로봇이 그 환경의 맵을 구축하는 문제와 관련이 있다. 이는 일반적으로, 로봇의 휠의 이동에 의해 측정될 때 로봇의 적절한 위치를 제공하기 위한 주행기록계와 조합하여, 범위 측정을 위한 수평 스캐닝 레이저를 이용하여 행해진다.
US 2009/0306822 A1에는, 수평면을 따라 환경을 스캔함으로써 환경 및 거기에 위치된 랜드마크의 2차원(2D) 표식을 생성하는 로봇이 개시된다.
US 2002/0091466에는, 천장의 베이스 마크를 인식하기 위한 방의 천장을 향하는 제1 카메라 및 장애물을 향해 선형 광빔을 방출하기 위한 라인 레이저, 장애물로부터 반사된 선형 광빔을 인식하기 위한 제2 카메라를 구비한 이동식 로봇이 개시된다. 라인 레이저는 이동식 로봇의 전방에 수평방향으로 연장된 직선 형태로 빔을 방출한다. 이는 또한 로봇의 환경의 2D 표식을 생성한다.
환경의 2D 맵 또는 표식은, 로봇 또는 로봇 진공 청소기가 2D 표식으로부터 위치를 추정하지 못할 수 있고 따라서 길을 잃거나 방향감각을 잃을 수 있기 때문에 문제로 이어질 수 있다.
천장의 베이스 마크 및 천장의 마커를 이용하는 것에는 일반적으로 몇몇 결점이 있다. 먼저, 2개의 카메라, 즉 천장을 향해 위를 "바라보는" 적어도 하나의 카메라 및 이동 방향과 그에 따라 수평 라인 레이저로부터의 레이저 빔의 방향으로 바라보는 또 다른 카메라가 로봇에 구비될 필요가 있고, 이는 가격이 비싸며 로봇의 구축을 복잡하게 만든다. 또한, 사용자는 의자나 사다리를 사용하여 천장에 적어도 하나의 베이스 마크를 위치시켜야 한다.
또한, 공지된 로봇 진공 청소기는, 자연스럽게 작동하여 표면 또는 영역을 자율적으로 청소할 때까지 사용자에 의한 상당한 초기 노력을 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 설정이 쉽고 주행 및 위치 제어가 정확하며, 초기 청소 작업부터 자율적으로 작동하는 로봇 청소 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 경제적이고 주행이 쉬운 로봇 청소 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 로봇 청소 장치에 의한 청소 작업의 효율을 향상시키는, 로봇 청소 장치의 작동 방법을 제공하는 데에 있다.
위에 언급된 목적들은, 독립 청구항에 청구된 바와 같은 로봇 청소 장치 및 로봇 청소 장치의 작동 방법에 의해 달성된다.
장애물 탐지 장치를 이용하여 로봇 청소 장치 부근의 장애물 탐지 장치 출력 데이터를 기록하는 단계; 처리 유닛을 통해, 이미지로부터 랜드마크 및 그 위치를 확인하고, 랜드마크로부터 정보를 유도하여 랜드마크 표식을 생성하는 단계; 생성된 랜드마크 표식을 저장하는 단계; 생성된 랜드마크 표식을 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교하는 단계; 생성된 랜드마크 표식이 미리 결정된 랜드마크 표식 중 하나와 일치하지 않는 경우, 생성된 랜드마크 표식이 새로운 랜드마크 표식임을 결정하는 단계; 또는 생성된 랜드마크 위치 표식이 미리 결정된 랜드마크 위치 표식 중 하나와 일치하는 경우, 생성된 랜드마크 위치 표식이 알려진 것임을 판단하는 단계; 및 판단에 근거하여 로봇 청소 장치를 작동시키는 단계를 포함하는, 로봇 청소 장치의 작동 방법이 본원에 개시된다.
상기 방법은 로봇 청소 장치가 새로운 환경 또는 공지된 환경에서 스스로 위치하고 주변에 대해 빠르게 학습하게 한다.
장애물 탐지 장치는 이미지를 기록하게 하는 카메라 장치를 포함하는 3D 센서 시스템의 형태로 구현될 수 있다. 이미지는 장애물 탐지 장치 출력 데이터를 형성할 수 있다.
로봇 청소 장치는 로봇 진공 청소기 또는 로봇식 대걸레일 수 있다.
랜드마크는, 카운터, 계단, 문, 키친 스토브 등과 같이 건물 내의 고정된 물체 또는 장애물이거나, 가구와 같이 이동 가능한 물체 또는 장애물일 수 있다. 이러한 랜드마크로부터 랜드마크 표식이 유도될 수 있다. 랜드마크 표식은 평평한 표면 또는 또 다른 형상의 표면에 대한 표면의 위치, 형상, 배향 또는 다른 특성의 임의의 조합에 기초할 수 있다.
랜드마크 표식이 인식되면, 랜드마크의 위치를 사용하여 로봇 청소 장치의 위치 추정 및/또는 로봇 청소 장치의 맵 표현을 교정함으로써, 랜드마크가 마지막으로 관찰되고 인식된 이후로 축적된 어떠한 위치적 불확실성도 제거할 수 있다.
3D 센서 시스템은, 로봇 청소 장치에 관하여 관찰된 지점의 3차원 위치를 결정하는 것이 가능한 센서 시스템일 수 있다.
3D 센서 시스템은 예를 들어 레이더, 적외선 센서, 카메라 및 수직 레이저 조합, 3D 카메라 장치 등으로 구현될 수 있다.
미리 결정된 랜드마크 표식 및 생성된 랜드마크 표식은 각각의 랜드마크의 3차원(3D) 특성을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 로봇 청소 장치를 관심 표면 상에서 주행시킴으로써 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 로봇 청소 장치의 현재 위치에 관하여 생성된 랜드마크 표식을 위치시키고 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이는 청소 영역의 맵, 레이아웃, 또는 평면도의 구축을 가능하게 한다. 정보 및 위치 데이터는 하나씩 모여서 합쳐진다. 따라서 로봇 청소 장치는 SLAM을 수행할 수 있다.
생성된 랜드마크 표식은, 처리 유닛에 연결된 데이터베이스에서 미리 결정될 수 있다.
랜드마크의 3D 표면 형상과 관련된 정보가, 랜드마크 및 그 이미지로부터 각각 유도될 수 있다.
유도된 정보는 랜드마크 표식에 포함될 수 있다.
또한, 랜드마크의 표면의 중앙점 위치와 관련된 정보가 랜드마크 및 그 이미지로부터 유도될 수 있다.
이러한 유도된 정보 또한 랜드마크 표식에 포함되어 랜드마크 표식의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 랜드마크의 표면의 표면 법선의 방향 및/또는 각도와 관련된 정보가, 랜드마크 및 그 이미지로부터 각각 유도될 수 있다.
이러한 유도된 정보 또한 바람직하게 랜드마크 표식에 포함될 수 있다.
유도된 정보는 랜드마크의 크기 또는 범위에 관련된 정보를 더 포함할 수 있다.
정보는 장애물 탐지 장치에 의해 촬영된 이미지로부터 처리 유닛에 의해 유도될 수 있다.
본체, 및 관심 표면에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키도록 이루어진 추진 시스템을 포함하는 로봇 청소 장치가 또한 본원에 개시된다. 로봇 청소 장치는, 장애물을 탐지하도록 이루어진 장애물 탐지 장치, 및 장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 탐지된 장애물에 관련하여 로봇 청소 장치를 위치시키고 또한 추진 시스템을 제어하여 관심 표면에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키도록 이루어진 처리 유닛을 더 포함할 수 있다. 처리 유닛은, 장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 랜드마크 및 그 위치를 확인하고, 랜드마크로부터 적어도 하나의 특성을 유도하여 생성된 랜드마크 표식을 만들고 저장하도록 이루어지며, 또한 생성된 랜드마크 표식을 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교하고, 생성된 랜드마크 표식이 미리 결정된 랜드마크 표식 중 하나와 일치하는지 여부를 결정하도록 이루어진다. 처리 유닛은 또한, 상기 판단에 기초하여 로봇 청소 장치를 작동시키도록 이루어진다.
이러한 로봇 청소 장치는 새롭거나 공지된 주변에서 쉽게 주행할 수 있다. 학습 과정은 짧고 효율적이다. 또한, 로봇 청소 장치는 이동 가능한 장애물과 고정된 장애물을 구별할 수 있다. 기본적으로 로봇 청소 장치는 주행하기 위해 벽, 문, 계단, 난간 등과 같은 고정된 장애물을 찾아서 확인한다.
이동 가능한 장애물은 반드시 항상 동일한 장소에 있지는 않기 때문에, 로봇 청소 장치의 위치 측정을 좀 더 혼란스럽게 하는 반면, 고정된 장애물은 "공지된" 또는 확실한 입력을 생성하여 로봇 청소 장치의 주행을 돕는다.
3D 센서 시스템은 로봇 청소 장치 부근의 이미지를 기록하도록 이루어진 카메라 장치; 및 상기 로봇 청소 장치 부근을 비추도록 이루어진 제1 및 제2 수직 라인 레이저를 포함할 수 있다. 처리 유닛은 또한 기록된 이미지로부터 위치 데이터를 유도하도록 이루어질 수 있다. 수직 라인 레이저는 촬영된 이미지의 품질을 향상시킨다.
로봇 청소 장치가 장애물 탐지 장치의 좌우로 배치된 2개의 수직 라인 레이저를 포함하는 것이 가능하다.
본 발명은 청구항들에 나열된 특징들의 모든 가능한 조합에 관한 것임을 주의한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 청구항들 및 하기의 설명을 살펴봄으로써 명백해질 것이다. 당업자라면 본 발명의 다양한 특징들을 조합하여 하기에 기술된 것 이외의 실시예들을 만들어낼 수 있음을 인식할 것이다.
본원에 개시된 임의의 방법의 단계들은, 명백히 언급되지 않는 한, 개시된 순서로 정확하게 수행될 필요는 없다.
이제 첨부 도면을 참조하여 예로서 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 청소 장치의 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 청소 장치의 정면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 랜드마크를 스캔하는 로봇 청소 장치를 도시한다.
도 4는 벽에 가구가 위치된 특정한 경우에 랜드마크를 스캔하고 기록하는 로봇 청소 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명의 방법에 따른 순서도를 도시한다.
이제 본 발명의 일부 실시예들이 도시된 첨부 도면들을 참조하여 이하에 본 발명을 더욱 충분히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 많은 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본원에 제시된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시예는 이러한 개시가 철저하고 완전해지도록 예로서 제공되는 것이며, 당업자에게 본 발명의 범주를 충분히 전달할 것이다. 설명 전체에 걸쳐 유사한 참조부호는 유사한 요소를 나타낸다.
이제 본 발명에 따른 로봇 청소 장치(2)의 상면도 및 정면도를 보여주는 도 1 및 도 2를 참조하면, 로봇 청소 장치(2)는, 본체(4), 청소 부분(10), 및 적어도 하나의 구동 휠(6), 도시된 예에서는 2개의 구동 휠(6, 6'), 및 구동 휠(6, 6') 중 하나에 각각 연결된 2개의 구동부를 포함하는 추진 시스템(8, 8')을 포함할 수 있다.
추진 시스템(8, 8')은 구동 휠(6, 6')에 대안적으로, 도면에 도시된 바와 같이 일부 종류의 구동부, 휠에 연결된 크롤러의 형태로 또는 호버크래프트 시스템으로서 구현될 수 있다.
로봇 청소 장치(2)는, 적어도 하나의 라인 레이저(16), 도시된 실시예에서는 2개의 라인 레이저(16, 18)를 구비하는 3D 센서 시스템(12)으로 구현된 장애물 탐지 장치를 더 포함할 수 있다. 라인 레이저(16, 18)는 3D 센서 시스템(12)의 관찰 각도를 비추도록 이루어진 수직 라인 레이저(16, 18)의 형태로 구현될 수 있다. 처리 유닛(20)이 3D 센서 시스템(12)에 연결되거나 이에 일체로 배치되고, 추진 시스템(8, 8')을 제어하도록 이루어질 수 있다.
3D 센서 시스템(12)은 카메라 장치(14)를 더 포함할 수 있다.
처리 유닛(20)은, 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있고, 처리 유닛(14)과 연관된 적합한 저장 매체(22), 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리 또는 하드디스크 드라이브에 다운로드된 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 이루어진다. 처리 유닛(20)은, 컴퓨터-실행가능 명령을 포함하는 적절한 컴퓨터 프로그램이 저장 매체(22)에 다운로드되고 처리 유닛(20)에 의해 실행되는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 이루어진다. 저장 매체(22)는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품일 수도 있다. 대안적으로, 컴퓨터 프로그램은, 디지털 다기능 디스크(DVD), 콤팩트 디스크(CD) 또는 메모리 스틱과 같은 적합한 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 저장 매체(22)로 전송될 수 있다. 또 다른 대안으로, 컴퓨터 프로그램은 네트워크를 통해 저장 매체(22)에 다운로드될 수 있다. 처리 유닛(20)은 대안적으로 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 복합 프로그램 가능 논리 소자(CPLD) 등의 형태로 구현될 수 있다.
처리 유닛(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 처리 유닛(20)에 연결된 구동 제어기(24)를 제어하도록 이루어질 수 있다. 구동 제어기(24)는 또한, 관심 표면(26, 26')에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키기 위해 구동부(8, 8')를 제어하도록 이루어질 수 있다. 관심 표면(26, 26')은 청소할 표면일 수 있다.
도 2와 관련하여, 예시를 위해, 3D 센서 시스템(12)은 로봇 청소 장치(2)의 본체(4)와 분리되어 있다. 그러나, 실제 구현 시, 3D 센서 시스템(12)은 로봇 청소 장치(2)의 본체(4)와 일체로 형성되어 로봇 청소 장치(2)의 높이를 최소화함으로써 예컨대 소파와 같은 장애물 밑으로 통과하게 할 것이다.
구동 휠(6, 6')은 구동부(8, 8')를 통해, 예를 들어 구동 제어기(24)를 통해 서로 독립적으로 이동되도록 이루어질 수 있다. 각각의 구동 휠(6, 6')은 구동부(8, 8')를 포함할 수 있다. 각각의 구동부(8, 8')는 또한 상응하는 구동 휠(6, 6')을 위한 서스펜션 및 기어박스를 포함할 수 있다.
3D 센서 시스템(12)은 장애물을 탐지하고 임의의 탐지된 장애물에 대한 정보를 처리 유닛(20)에 전달하기 위해 적외선(IR) 센서 및/또는 소나 센서, 마이크로파 레이더, 주변을 기록하는 카메라 시스템, 3D 카메라 시스템, 레이저 스캐너 등의 형태로 구현될 수 있다. 처리 유닛(20)은, 로봇 청소 장치(10)가 관심 표면에 걸쳐 원하는 대로 이동할 수 있도록, 3D 센서 시스템(12)에 의해 제공된 정보에 따라 휠(8, 8')의 이동을 제어하기 위해 구동부와 통신한다
3D 센서 시스템(12)은, 관심 표면(26, 26')에서 이동하는 동안 로봇 청소 장치(2) 부근으로부터 이미지를 촬영하도록 이루어진다. 3D 센서 시스템(12) 및 수직 라인 레이저(16, 18)는 로봇 청소 장치(2)가 이동할 때 전진 방향(도 1 참조)을 향해 바라본다. 처리 유닛(20)은 상기 이미지를 처리하고, 이미지 내의 랜드마크(28, 28')를 확인하여 그로부터 정보, 특성 또는 표식을 생성하거나 만들도록 이루어진다.
처리 유닛(20)은 이미지 내의 고정되어 이동 불가능한 랜드마크(28, 28')를확인하고 이들 랜드마크(28, 28')를 가구 등과 같은 고정되지 않은 물체와 구별하도록 이루어진다.
이제 도 3을 참조하면, 벽 부분 형태의 랜드마크(28)를 기록하는 로봇 청소 장치(2)가 예시적으로 도시된다. 로봇 청소 장치(2)는 랜드마크(28) 정면에 스스로 위치하여 관찰한다. 각각 3D 센서 시스템(12) 및 카메라 장치(14)를 통해 이미지를 획득함으로써, 로봇 청소 장치(2) 및 처리 유닛(20)은 각각, 도시된 경우에는 곧고 평평한 벽인 랜드마크(28)로부터 랜드마크 표식을 만든다.
각각의 수직 라인 레이저(16, 18)는 로봇 청소 장치(2) 정면의 바닥 및 장애물을 비춘다. 비춰진 공간 또는 라인은 3D 센서 시스템에 의해 관찰된다. 3D 센서 시스템은, 레이저 빔을 반사하는 임의의 물체 또는 장애물의 3D 위치를 결정하기 위해 시차를 사용하게 하는 수직 라인 레이저(16, 18)에 의해 형성된 수직 평면에 대해 오프셋되도록 위치된다. 이는 로봇 청소 장치가 각각의 수직 라인 레이저(16, 18)가 비춘 물체 또는 장애물의 3D 표현을 결정하는 것을 가능하게 한다. 단순하게 하기 위해, 도 3 및 도 4에는 하나의 수직 라인 레이저(16)의 하나의 수직 레이저 평면만 도시된다. 장애물을 비추기 위해 2개 이상의 수직 레이저 평면 및 그에 따른 2개 이상의 수직 라인 레이저(16, 18)(도 2 참조)을 배치 및 사용하는 것은 본 발명의 범주에 속한다.
수직 레이저 평면은 수직각(β)을 가지며, 상기 각도는 수직 레이저 평면이 적어도 3D 센서 시스템(12)의 화각을 비추도록 선택된다.
장애물 및 랜드마크(28)를 비추고 기록하기 위해서, 로봇 청소 장치(2)는 회전하도록 이루어질 수 있으며, 이에 따라 수직 라인 레이저(16)는 도 4에 나타난 바와 같이 전체 랜드마크(28)를 스캔한다. 회전하는 로봇 청소 장치(2)에 대안적으로, 수직 라인 레이저(16, 18)만 회전 또는 피봇운동하는 것이 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 랜드마크(28')는 가구일 수 있고, 다음의 특징 또는 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 랜드마크의 중앙점(M)의 위치, 랜드마크의 표면 법선(N)의 배향 및 시작점, 랜드마크의 수평 범위(D)에 관한 정보, 랜드마크의 표면의 크기(A)에 관한 정보 및/또는 랜드마크의 표면의 형상에 관한 정보. 이들 특징은 로봇 청소 장치의 병진이동 또는 회전에 의해 추출될 수 있으며, 이에 따라 수직 라인 레이저(16, 18)는 주위를 스캔할 수 있고 카메라 장치(14)는 정면의 전체 용적의 3D 표현을 만들 수 있다. 이러한 3D 표현으로, 랜드마크가 확인될 수 있다. 이러한 랜드마크의 하나의 가능한 부류가 A와 같은 평평한 표면이다.
도 4에서는 표면 정보가 예를 들어 "평평함"일 수 있고, 표면은 3D 공간에서의 합동 평면의 좌표에 의해 정의될 수 있다.
추가로, 본 발명에 따른 방법 및 로봇 청소 장치는 또한, 지면 위의 가구의 높이를 보여주는 수직 거리(B), 가구의 주요 부분의 높이(H) 또는 가구의 전체 높이(C)와 관련된 특성을 측정 및 추출할 수 있게 한다.
전술한 특징을 추출하면, 다른 잠재적인 랜드마크 표식과 잘 일치하지 않는 다채로운 랜드마크 표식을 만들 수 있다.
상기 나타낸 특성들 중 하나, 예를 들어 수평 범위(D)로부터, 처리 유닛(20)은 랜드마크의 적어도 하나의 3D 특성을 포함하는 중요한 고유의 랜드마크 표식을 만들거나 생성한다.
정확성을 향상시키기 위해서, 특성들 중 2개 이상을 조합하여 고유의 특정한 랜드마크 표식을 만들 수 있다.
선택적으로, 벽의 수직 범위(V)와 관련된 정보를 얻어 저장하는 것도 가능할 수 있다. 이는 방에 따라 다르며, 방이 모든 영역에서 동일한 수직 범위(V)를 갖는 경우, 유용하지 않을 수 있다. 그러나, 방이 상이한 수직 범위(V) 또는 높이를 가지는 것이 가능하며, 이러한 경우 이 수직 범위(V)와 관련된 특성을 만들면, 그 결과 미리 결정되거나 생성된 랜드마크 표식을 만드는 데에 특성이 이용될 수 있다.
수직 범위(V)는 또한 랜드마크의 표면 상에 중앙점(M)을 계산하고 위치시키는 데에 사용될 수 있다.
전술한 모든 특성들은, 예를 들어 좌표 및 벡터를 통해 3차원(3D) 공간 내에 저장된다. 따라서, 생성된 랜드마크 표식 및 미리 결정된 랜드마크 표식은 바람직하게 3D 랜드마크 표식이다. 예를 들어 표면 법선(N)은, 도 3에 도시된 벽이 예컨대 비스듬할 수 있으므로, 3D 출발점 및 3D 종점(3D 좌표)를 가진 벡터에 의해 특성화될 수 있다.
로봇 청소 장치(2) 및 처리 유닛(20)은 각각 표면(26, 26') 내에서의 위치와 관련하여 생성된 랜드마크 표식을 저장하고, 그에 따라 초기 청소 중에, 표면(26, 26')의 위치 데이터가 만들어져 저장된다. 일단 생성된 랜드마크 표식이 예를 들어 저장 매체(22)의 데이터베이스에 저장되면, 이는 미리 결정된 랜드마크 표식이 된다. 적어도 하나의 랜드마크 표식이 생성된 후에는 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교된다. 첫 번째의 최초 청소 작업 중, 로봇 청소 장치(2)는 생성된 랜드마크 표식의 대부분을 저장하여 데이터베이스를 구축할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 로봇 청소 장치는, 매칭을 생성하고 그에 따라 로봇 청소장치에 대한 피드백을 생성함으로써 로봇 청소 장치의 위치 제어의 정확성을 향상시키며, 이러한 피드백은 로봇 청소 장치가 위치된 곳이 어디인지를 인지하도록 랜드마크가 알려진 정보에 관한 것이다. 잘못된 매칭 및 그에 따른 위치 측정에서의 오류가 감소된다. 랜드마크가 더 많은 특징 또는 특성을 제공할 수 있거나 랜드마크가 더 많은 특징이 추출되게 할수록, 로봇 청소 장치의 위치 제어 및 위치 측정이 더 우수해진다.
도 4는 또 다른 예시적인 표면(26')의 또 다른 벽을 기록하고 관찰하는 로봇 청소 장치(2)를 도시한다. 벽은 2개의 평평한 표면 및 1개의 원통형 표면으로 구성된다. 도 3에 도시된 특성들을 인식할 수 있는 것 외에도, 로봇 청소 장치(2) 및 처리 유닛(20)은 각각, 도 4에 도시된 바와 같이, 주요 부분의 높이(H), 주요 부분의 지면 위의 높이(B), 가구의 수평 범위(D), 표면 중앙점(M) 및/또는 표면 법선(N)의 방향과 같은 특성 또는 특징을 인식하도록 이루어질 수 있다. 상기 특성들 또는 특징들로부터, 로봇 청소 장치(2)는 처리 유닛(20)을 통해 생성된 랜드마크 표식을 만들고, 그에 따라 나중에 미리 결정된 랜드마크 표식을 만든다. 랜드마크 표식이 생성된 후, 로봇 청소 장치(2)는 청소 작업을 계속할 수 있거나, 또는 예를 들어 최초 청소 작업인 경우에는 곧장 또 다른 랜드마크에 주목할 수 있다.
대안적으로, 도 4에 도시된 경우에서, 로봇 청소 장치(2)는 동일한 랜드마크(28')의 다른 생성된 랜드마크 표식을 만들기 위해 위치를 변경할 수 있고, 그에 따라 나중에 또 다른 방향에서 접근할 때 랜드마크(28')를 인식할 수 있다. 도 4에서 제시된 예에서, 이는 예를 들어 도 4에 도시된 가구의 주요 부분의 깊이(E)일 수 있다.
랜드마크 인식은 또한 로봇 청소 장치가 이동하는 동안 청소 작업 중에 일어날 수 있다(SLAM).
도 5는 로봇 청소 장치의 작동 방법 단계들을 도시한다. 방법 단계는 탐지 카메라 장치(14)를 통해 로봇 청소 장치 부근의 이미지를 기록하는 단계(S01); 로봇 청소 장치의 이미지 및 위치로부터 이미지의 랜드마크 및 표면(26, 26') 내의 위치를 확인하는 단계(S02); 및 처리 유닛(20)을 통해 랜드마크로부터 정보를 유도하여 생성된 랜드마크 표식을 생성하는 단계(S03)를 포함할 수 있다. 그 후, 생성된 랜드마크 표식을 저장하고(S04), 이미 사전에 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교하며(S05), 의사 결정자(30)에서, 생성된 랜드마크 표식이 미리 결정된 랜드마크 표식 중 하나와 일치하지 않는지(S06); 또는 생성된 랜드마크 위치 표식이 미리 결정된 랜드마크 위치 표식 중 하나와 일치하는지(S07)를 결정한다. 이 결과에 따라서, 그 후 생성된 랜드마크 표식이 알려진 것인지(S07) 또는 새로운 것인지(S06) 결정된다.
랜드마크 인식은, 청소되어야 하거나 또는 청소되지 말아야 할 관심 표면(26, 26') 상에서의 로봇 청소 장치(2)의 주행을 개선한다.
로봇 청소 장치(2)를, 예를 들어 원격 조작으로, 표면(26, 26') 내의 특정 랜드마크(28, 28')로 안내하여 랜드마크(28, 28')를 학습하고 인식하게 함으로써, 인식 단계, 따라서 로봇 청소 장치(2)가 관심 표면(26, 26')의 레이아웃, 맵 또는 평면도 및 그에 따른 위치 데이터를 학습하는 단계가 단축될 수 있다.
대안적으로, 로봇 청소 장치(2)는 자율적으로 이동하고 표면(26, 26')의 레이아웃을 학습하도록 이루어질 수 있다.
생성된/미리 결정된 랜드마크 표식들은, 이들이 위치된 방 또는 영역에 할당하기 위해 라벨링될 수 있다. 그러면 라벨링된 랜드마크는, "매번 청소할 것", "1주일에 한 번 청소할 것", "매일 청소할 것", "저녁에만 청소할 것", "이 영역을 피해갈 것" 등과 같은 명령과 연관 지어질 수 있다.
본 발명은 주로 몇 가지 실시예를 참조하여 상기에 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이, 전술된 것 이외의 다른 실시예가 본 발명의 범주 내에서 동일하게 가능하다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 로봇 청소 장치의 작동 방법에 있어서,
    상기 로봇 청소 장치의 본체의 표면 상에 마련되는 장애물 탐지 장치를 이용하여 로봇 청소 장치 부근의 장애물 탐지 장치 출력 데이터를 기록하는 단계(S01);
    장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 랜드마크 및 그 위치를 확인하고(S02), 상기 랜드마크로부터 랜드마크의 3D 표면 형상에 관련된 정보를 유도하여 상기 랜드마크의 3차원(3D) 특성을 기초로 하는 랜드마크 표식을 생성하는 단계(S03)로서, 상기 랜드마크 표식은 지면 위의 랜드마크의 높이, 랜드마크의 실높이 및 랜드마크의 표면의 표면 법선(N) 방향을 포함하는 것인, 랜드마크 표식을 생성하는 단계(S03);
    생성된 랜드마크 표식을 저장하는 단계(S04);
    생성된 랜드마크 표식을 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교하는 단계(S05);
    생성된 랜드마크 표식이 미리 결정된 랜드마크 표식 중 하나와 일치하는지 여부를 판단하는 단계(30);
    랜드마크의 위치를 이용하여 로봇 청소 장치의 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 수행하는 단계, 및 상기 판단에 근거하여 상기 로봇 청소 장치를 작동시키는 단계를 포함하고,
    상기 장애물 탐지 장치는 수직 라인 레이저와, 로봇 청소 장치에 수직 라인 레이저와 동일한 표면 상에 마련되는 카메라 장치(14)를 포함하고,
    상기 장애물 탐지 장치 출력 데이터를 기록하는 단계(S01)는, 상기 수직 라인 레이저에 의해 수직 레이저 평면을 형성하는 레이저 빔을 조사하는 단계, 상기 레이저 빔을 병진이동시키거나 또는 회전시켜 랜드마크를 스캔하는 단계 및 상기 카메라 장치(14)에 의해 상기 랜드마크로부터 상기 레이저 빔의 반사광에 의한 이미지를 기록하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작동 단계는 상기 판단에 근거하여 상기 로봇 청소 장치를 주행시키는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 랜드마크 표식을 저장하는 단계(S04)는, 상기 로봇 청소 장치의 현재 위치에 기초하여, 생성된 랜드마크 표식을 맵에 위치시키고 저장하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 랜드마크 표식을 생성하는 단계(S03)는, 상기 랜드마크의 표면의 중앙점 위치에 관련된 정보를 유도하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 랜드마크 표식을 생성하는 단계(S03)는, 상기 랜드마크의 표면의 표면 법선(N)의 방향, 각도, 또는 양자 모두에 관련된 정보를 유도하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 로봇 청소 장치로서,
    본체(4);
    관심 표면(26, 26')에 걸쳐 로봇 청소 장치를 이동시키도록 구성된 추진 시스템(8, 8');
    장애물을 탐지하도록 구성되고 상기 로봇 청소 장치의 본체의 표면 상에 마련되는 장애물 탐지 장치; 및
    장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 탐지된 장애물에 관련하여 상기 로봇 청소 장치를 위치시키고, 또한 추진 시스템(8, 8')을 제어하여 관심 표면(26, 26')에 걸쳐 상기 로봇 청소 장치를 이동시키도록 구성된 처리 유닛(20)을 포함하는 로봇 청소 장치에 있어서,
    처리 유닛(20)은, 상기 장애물 탐지 장치 출력 데이터로부터 랜드마크 및 그 위치를 확인하고, 상기 랜드마크로부터 랜드마크의 3D 표면 형상에 관련된 정보를 포함하는 적어도 하나의 특성을 유도하여, 생성된 3차원(3D) 랜드마크 표식을 만들고 저장하도록 구성되며, 처리 유닛(20)은 또한 생성된 랜드마크 표식을 미리 결정된 랜드마크 표식과 비교하여, 생성된 랜드마크 표식이 미리 결정된 랜드마크 표식 중 하나와 일치하는지 여부(30)를 판단하도록 구성되며, 상기 랜드마크 표식은 지면 위의 랜드마크의 높이, 랜드마크의 실높이 및 랜드마크의 표면의 표면 법선(N) 방향을 포함하고, 처리 유닛(20)은 또한, 랜드마크의 위치를 이용하여 로봇 청소 장치의 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 수행하고 상기 판단에 기초하여 상기 로봇 청소 장치를 작동시키도록 구성되며,
    상기 장애물 탐지 장치는,
    수직 레이저 평면을 형성하는 레이저 빔을 조사하고 상기 레이저 빔을 병진이동시키거나 또는 회전시켜 랜드마크를 스캔하는 수직 라인 레이저와,
    상기 본체에 수직 라인 레이저와 동일한 표면 상에 마련되는 카메라 장치(14)로서, 상기 랜드마크로부터 상기 레이저 빔의 반사광에 의한 이미지를 기록하는 카메라 장치(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 로봇 청소 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 장애물 탐지 장치는 3D 센서 시스템(12)을 포함하는, 로봇 청소 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 3D 센서 시스템(12)은,
    상기 로봇 청소 장치 부근을 비추도록 구성된 제1 및 제2 수직 라인 레이저(16, 18)를 포함하며,
    처리 유닛(20)은 또한 기록된 이미지로부터 위치 데이터를 유도하도록 이루어진, 로봇 청소 장치.
  12. 삭제
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동은, 처리 유닛(20)에 의한 상기 로봇 청소 장치의 주행을 포함하는, 로봇 청소 장치.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    처리 유닛(20)은 상기 랜드마크의 표면의 중앙점 위치에 관련된 기록된 이미지로부터 정보를 유도하도록 구성된, 로봇 청소 장치.
  16. 삭제
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